圖6為一個(gè)簡(jiǎn)單的圖騰柱I/O口電路，驅(qū)動(dòng)一個(gè)串聯(lián)源端匹配的傳輸線。圖中LV和LG為器件電源管腳和地管腳的封裝電感，A、B為兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管，作為開關(guān)使用。假設(shè)初始時(shí)刻傳輸線上各點(diǎn)的電壓和電流均為零，在某一時(shí)刻器件將驅(qū)動(dòng)傳輸線為高電平，這時(shí)候器件就需要從電源管腳吸收電流。在時(shí)間t1，合上開關(guān)A，電流從PCB板上的VCC流入，流經(jīng)封裝電感LV，跨越開關(guān)A，串聯(lián)終端電阻，然后流入傳輸線，輸出電流幅度為（1/2）VCC/Z0。電流在傳輸線網(wǎng)絡(luò)上持續(xù)一個(gè)完整的輪回（round-trip）時(shí)間，在時(shí)間t2結(jié)束。至此以后，整個(gè)傳輸線處于電荷充滿狀態(tài)，不需要額外流入電流來(lái)維持。當(dāng)電流瞬間涌過(guò)封裝電感LV時(shí)，將在結(jié)點(diǎn)V1處導(dǎo)致芯片電壓的擾動(dòng)。在時(shí)間t3，關(guān)閉開關(guān)A，這一動(dòng)作不會(huì)導(dǎo)致脈沖噪聲的產(chǎn)生，因?yàn)樵陂_關(guān)A打開的瞬間是沒(méi)有電流流過(guò)的。同時(shí)，合上開關(guān)B，這時(shí)傳輸線、地平面、封裝電感LG以及開關(guān)B形成一環(huán)路，有瞬間電流流過(guò)開關(guān)B，這樣在結(jié)點(diǎn)G1處產(chǎn)生地彈擾動(dòng)。如果在V1和G1之間加上一旁路電容（放置在芯片內(nèi)部）的話，可以使得V1點(diǎn)處和G1點(diǎn)處的瞬態(tài)電壓擾動(dòng)相同，這樣在每一次開關(guān)切換時(shí)，V1點(diǎn)和G1點(diǎn)均會(huì)產(chǎn)生電壓擾動(dòng)，然而幅度將會(huì)減半。

在高速PCB設(shè)計(jì)中，在電源管腳附近放置濾波電容就是為了消除電源擾動(dòng)以及地彈噪聲的。系統(tǒng)加上旁路電容以后，由于電容寄生電感的存在，環(huán)路的總電感將增加，可能產(chǎn)生的噪聲強(qiáng)度也就會(huì)更大。因此設(shè)計(jì)者應(yīng)該盡可能的選擇寄生電感小的旁路電容并合理的將其放置在PCB中。

5 器件電源管腳旁路電容的放置

當(dāng)電流在瞬間通過(guò)器件電源管腳流入器件或者通過(guò)地管腳流入地時(shí)，由于器件封裝電感的存在以及電源供給環(huán)路中電感的存在，將會(huì)產(chǎn)生電源擾動(dòng)和地彈噪聲，因此需要在電源管腳附近放置濾波電容以達(dá)到消除電源擾動(dòng)以及地彈噪聲目的。

從上文可知，電源擾動(dòng)和地彈噪聲主要來(lái)自于芯片的引腳，由于芯片的輸出阻抗（芯片的電源或者地管腳的輸出阻抗）一般要比電源平面或者地平面的阻抗大得多（如果不是這樣的話，將會(huì)有大量的電源、地噪聲產(chǎn)生），因此可將芯片看作一個(gè)噪聲源，對(duì)于一塊合理設(shè)計(jì)的電路板而言，無(wú)論在什么時(shí)候，當(dāng)噪聲源的阻抗比負(fù)載大得多的時(shí)候，噪聲源可以看作一個(gè)電流源，它將灌入一定量的電流到電源或者地系統(tǒng)中。為了減小電源或者地噪聲，就需要采取措施來(lái)減小灌入到電源或者地平面當(dāng)中的電流量。為了切實(shí)做到這一點(diǎn)，理論上需要將電源或者地管腳串聯(lián)一個(gè)阻抗，這個(gè)阻抗必須足夠大，最好比芯片電源地管腳的輸出阻抗還大。但串聯(lián)這樣一個(gè)大的阻抗是不現(xiàn)實(shí)的，因?yàn)槿绻@樣的話，將會(huì)在芯片內(nèi)部產(chǎn)生更大的地彈噪聲或者電源擾動(dòng)，導(dǎo)致芯片不能夠正常工作。因此正確的做法還應(yīng)該是設(shè)法將噪聲通過(guò)低阻抗的回路引到地平面上去。通常的做法是給芯片的電源管腳加旁路電容。下面簡(jiǎn)單的分析了電容的四種放置方式。

如圖7及圖8(a)所示，為旁路電容的一種放置方式。將芯片的地管腳直接通過(guò)一個(gè)低阻抗的過(guò)孔D(一般過(guò)孔的寄生電感約為1～2nH)連接到地平面上，這樣芯片地管腳上的地彈噪聲將通過(guò)過(guò)孔流入到地平面上，抑制了地彈噪聲對(duì)芯片的影響。芯片的電源管腳通過(guò)一小段傳輸線（通常約為50～80mil長(zhǎng)，寄生電感約為1～1.6nH）連接到電容的電源盤墊上，電容的電源盤墊和地盤墊直接通過(guò)過(guò)孔連接到電源平面和地平面上，這樣電源管腳到地平面之間也將有一條低阻抗的通路，有效的克服了電源管腳上的電源噪聲對(duì)芯片的影響。同時(shí)旁路電容附近的電源層上的噪聲也將通過(guò)過(guò)孔B、旁路電容、過(guò)孔C這樣一條低阻抗通道流入到地平面上，這樣的放置方式有效的抑制了噪聲對(duì)芯片以及電源和其他系統(tǒng)的影響。

如圖8(b)所示，將過(guò)孔B放在電容電源管腳和芯片電源管腳之間，這樣將增加通路A的環(huán)路電感，當(dāng)電容和芯片不是位于同一層時(shí)，一般采用這種方式。

如圖8(c)所示，將電容電源管腳處的電源過(guò)孔B改打到接近芯片電源管腳A處，這種放置方式類似于上述第二種放置方式，將導(dǎo)致環(huán)路電感的增加，此方式應(yīng)避免。

如圖8(d)所示去掉電容電源管腳和芯片電源管腳之間的傳輸線，而將芯片電源管腳直接通過(guò)一個(gè)過(guò)孔連接到地平面上，電容電源管腳和芯片電源管腳之間通過(guò)大的電源平面連接到一起，這樣通路A包括：兩個(gè)過(guò)孔、一個(gè)電源平面、一個(gè)電容，也同樣增加了環(huán)路的電感，而且噪聲將對(duì)電源平面帶來(lái)不可預(yù)知的影響，另外還增加了過(guò)孔的數(shù)量，減少了板子上的布線面積。此方式也應(yīng)盡量避免。

6 結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)前數(shù)字系統(tǒng)板級(jí)頻率越來(lái)越高，各種EMI問(wèn)題也越來(lái)越嚴(yán)重。合理的選擇和使用旁路電容是消除EMI、獲得電源完整性的一個(gè)關(guān)鍵方面。而且，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，電容也在不同的更新?lián)Q代以滿足高速電路設(shè)計(jì)的要求。因此，旁路電容選擇、旁路電容的擺放等問(wèn)題需要不斷的進(jìn)行深入探討。